高容量、高速率、高智能是光纖通信技術的發展趨勢。隨著全球經濟一體化進程的全面加速，全社會對音視頻、數據、多媒體及電子商務等業務的需求急劇增長，建設具有高容量、高速率、高智能的全光通信網絡已成為必然。20世紀是微電子的世紀，其發展遵循著名的“摩爾定律”；21世紀是光電子的世紀，其發展也將遵循“光摩爾定律”，即光纖通信的傳輸帶寬平均每9~12個月增加一倍，用戶數每3~6個月翻一番。要實現高容量數據的高速傳輸與交換，對以密集型波分復用為基礎的全光網絡器件提出了新的要求。光纖通信器件的發展也將發生很大變化，從原來的分立元器件向陣列器件發展，從體塊型器件向波導型器件發展，從離散器件向集成化發展。

　　平面光波導技術

　　1969年，貝爾實驗室的Miller S. E.首次提出了“集成光學”的概念，宣告了光纖通信產業進入集成器件的時代。采用集成電路技術（Integrated Circuit）制造波導芯片的光路，將常規分立光學元件的各種功能集成到同一光學襯底表面，完成常規由多個分立光學元件所構成的龐大光學系統的光信息處理能力，實現光波信號生產與探測、光功率分配、光開關、光濾波等功能。隨著光纖通信技術的快速發展，該技術也得到了快速發展，逐步形成了自身特色。且大多數功能結構均在同一光學襯底上，主要結構是光波導通道，因此稱該技術為平面光波導技術（Planar Lightwave Circuit）。

　　平面光波導技術是在集成電路技術的基礎上發展起來的，有其獨特的地方。集成電路的基本元件是電阻、電容、電感和晶體管（二極管、三極管），集成電路技術是在硅襯底上通過薄膜沉積、擴散、外延、光刻、刻蝕、退火等工藝制作這些基本的元件，并且用導線互聯。平面光波導的基本元件是激光器、光波導和探測器，所用襯底材料各異、如InP、GaAs、SiO2、LiNbO3等，材料各異工藝也不盡相同。集成電路技術對所成薄膜的厚度、折射率和殘余應力要求不甚嚴格，但對于平面光波導技術而言，厚度、折射率和殘余應力則要求精細控制，否則不能實現光波信號的產生、控制、傳輸與探測。

　　目前平面光波導技術主要是針對6英寸襯底，國內生產廠家有河南仕佳光子、上海鴻輝、杭州晶誠、湖南新中合。國外廠家有韓國的PPI、Fi-Ra、Wooriro、Neon，美國的NeoPhotonics、Enablence，日本的NTT、AiDi等。8英寸襯底目前只有韓國Way optics可提供。下面以SiO2平面光波導器件為例，說明平面光波導技術的工藝流程，如圖1所示。

　　（1）沉積下包層。根據襯底材料的不同，沉積下包層的方法也不一樣。選擇Si作為襯底，則可用氧化的方式制作下包層（直接氧化Si襯底表面），折射率一般控制在1.457@633nm，厚度10～15μm，低殘余應力。批量化制造相對較容易，但折射率難以控制。

　　選擇高純熔融石英玻璃作為襯底，則可用PECVD（等離子體增強化學氣相沉積法）來沉積，典型工藝氣體為SiH4、N2O。薄膜沉積完成之后，然后進行高溫退火。折射率一般控制在1.457@633nm，厚度10～15μm，低殘余應力。工藝模式可以是一腔多片或者是多腔多片，設備可選用Novellus C1、SPTS Delta fxP/c2L等。

　　（2）沉積光波導芯層。沉積方法主要有兩種，FHD（火焰水解法）和PECVD。FHD是日本NTT發明。典型工藝氣體為SiCl4、GeCl4、H2和O2。PECVD的典型工藝其他為SiH4、GeH4、N2O。薄膜沉積完成之后，然后進行He和O2氣氛中高溫退火。根據平面光波導器件的設計要求，控制芯層折射率與下包層折射率差為0.3%、0.45%、0.75%、1.5%等，均勻性小于0.0005；厚度3～8μm，均勻性小于0.3μm。工藝模式可以是一腔多片或者是多腔多片，設備可選用Novellus C1、SPTS Delta fxP/c2L等。

　　（3）掩膜。單采用光刻膠作為掩膜層，在刻蝕芯層光波導的時候，光刻膠也被刻蝕了。如此則要求厚的光刻膠，厚光刻膠成膜、均勻性等難控制，通常采用復合掩膜的方式。可采用金屬掩膜，如Cr或Al，也可采用晶體掩膜，如Si3N4等。金屬掩膜可采用PVD（物理氣相沉積）濺射的方式沉積。晶體掩膜可采用LPCVD（低氣壓化學氣相沉積）法進行。

　　（4）光刻。光刻是把設計好的版圖轉移到芯層光波導上。包括涂膠、前烘、曝光、堅膜、顯影、后烘等。工廠批量化過程中，只需兩臺設備即可完成，一臺Track完成除曝光以外的工藝，一臺光刻機完成曝光工藝。Track可選用日本TEL、沈陽芯源KS-L150，效率高，控制可控。光刻機可選用步進掃描式或接觸式，接觸式如SUSS MA-150，生產效率略低，需要經常清洗光刻版。步進掃描式生產效率高，設備價格也高，可選用Nikon的NSR系列或上海微電子裝備的200系列。

　　（5）刻蝕。刻蝕金屬或晶體掩膜和光波導芯層，殘留光刻膠、掩膜可采用濕法化學腐蝕除去。為了保證掩膜精度，通常采用RIE（反應離子刻蝕法）刻蝕掩膜層，速率慢、刻蝕精度高。采用ICP（感應耦合等離子刻蝕）刻蝕光波導芯層，速率快，方向性好，要求光波導側壁刻蝕粗糙度小于200nm，否則過大的側邊粗糙度將會引起大的傳輸損耗。刻蝕機臺可采用單機多腔室組合，如SPTS fxP/c2L平臺、AMAT CENTURA平臺等。

　　（6）沉積上包層。刻蝕完成后，經過清洗，然后可進行上包層沉積。可采用FHD法和PECVD法。PECVD法典型工藝氣體為SiH4、N2O，需要進行多次沉積多次退火，不能一次完成，否則過厚的薄膜在退火中易析出晶體或在表面產生龜裂，盡管可在包層中摻雜少量的B2O3和P2O5來提高SiO2的熱膨脹系數，同時降低SiO2的軟化溫度，但仍然難控制其中的殘余應力。多次沉積、多次退火工藝難控制。采用FHD法，優化退火工藝，可一次性成膜一次性退火完成。

　　圖1：典型SiO2平面光波導器件工藝流程。

　　平面光波導器件

　　平面光波導器件是采用平面光波導技術制造而成的器件，分為無源器件、有源器件以及有源/無源混合集成器件。